JPH0122325B2

JPH0122325B2 -

Info

Publication number: JPH0122325B2
Application number: JP55074745A
Authority: JP
Inventors: Gakuo Sada; Masayuki Takamura; Tomoo Yamagishi
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1980-06-03
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1989-04-26
Also published as: JPS56169722A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は高濃度のCrを含有するFe―Cr―Co
系磁石合金の製法に関し、微量のAlおよびＮを
添加して冷間圧延および高温焼鈍を行うことによ
り、二次再結晶粒の磁化容易軸が圧延方向に揃つ
た集合組織を有する磁石材料を得るものである。最近に至り、磁界中のスピノーダル分解により
磁気異方性を与えるようにした高CrのFe―Cr―
Co系磁石合金が開発されている。この磁石合金
は、Cr20〜31％、Co6〜24％、残部Feを主成分
とする組成のものであつて、高温で溶体化処理
後、恒温磁界処理や磁場中冷却などの磁界中熱処
理を加えていわゆるスピノーダル分解を行なわ
せ、これにより非磁性マトリツクス相中に強磁性
相の単磁区微粒子を形状異方性をもつて析出させ
て磁気異方性を与えることができる。そしてこの
磁石合金は、フエライト磁石等とは異なり、圧延
加工が可能であるため各種の用途に使用できるも
のとして注目されている。しかしながら上述の磁石合金は、磁界中熱処理
によるスピノーダル分解だけでは実際にはそれほ
ど高い磁気異方性を与えることは困難であり、し
たがつてその磁気特性も実際にはある程度以上高
めることは困難であつた。ところで、この発明に係る合金（Fe―Cr―Co
系合金）とは全く異なる成分・組成を有するケイ
素鋼板すなわちFe―Si系合金については、適当
な添加元素を加えて冷間圧延および高温焼鈍を行
うことにより、一次再結晶粒の成長を抑制して
Fe―Si系合金の磁化容易軸である〔100〕軸が圧
延方向に揃つた二次再結晶粒を生成させ、これに
よりゴス組織と称される集合組織を有する異方性
ケイ素鋼板を製造する方法が知られている。この
ようなゴス組織を有するケイ素鋼板は、前述のよ
うに磁化容易軸である〔100〕軸の圧延方向への
集積率が著しく高いため、異方性磁性材料として
高い磁気特性を示す。しかしながら上述のように
してゴス組織を得る方法は、ケイ素鋼板について
実用化されているだけであり、他の合金について
は未だ実用化されていないのが現状である。すな
わち、一般に合金材料においてはその合金の成分
元素や含量が異なればそれに伴つて各種処理時や
加工時における金属組織の挙動が全く異つてしま
うのが通常であり、したがつて前述のようなゴス
組織を得るための方法もケイ素鋼板以外にはその
まま適用することが困難であると考えられ、その
ため他の合金については試みられていないのが実
情である。以上のような事情を背景とし、この発明の発明
者等は、Fe―Cr―Co系磁石合金についてケイ素
鋼板におけるゴス組織と同様な集合組織を得るこ
とができれば、異方性を有する高い磁気特性の磁
石材料を得ることができる筈であると考え、その
ための製法を開発するべく鋭意研究を重ねたとこ
ろ、特定の添加元素を特定量だけ加えることによ
り、ケイ素鋼板と同様に冷間圧延および高温焼鈍
によつてFe―Cr―Co系磁石合金における磁化容
易軸である〔001〕軸が圧延方向に揃つた集合組
織を得ることができることを見出し、しかもその
集合組織を有する磁石合金が実際に高い磁気特性
を示すことを見出してこの発明をなすに至つたの
である。すなわちこの発明の製法は、Fe―Cr―Co系磁
石合金に対する添加元素としてAl（アルミニウ
ム）0.05〜２％およびＮ（窒素）0.003〜0.2％を加
えて冷間圧延および高温焼鈍することにより
（110）〔001〕方位の集合組織を得ることを基本的
な特徴とするものである。このようなAlおよび
Ｎは合金基地中にAlNとして分散されて、その
AlNが冷間圧延後の高温焼鈍時における一次再
結晶粒の成長に対するインヒビタとして作用して
一次再結晶粒の成長を阻止し、これにより圧延方
向に（110）〔001〕方位を有する二次再結晶粒を
生成させて前述のような集合組織が得られるので
ある。具体的には、本願の第１発明の製法は、Al0.05
〜２％（重量％、以下同じ）を含有するFe―Cr
―Co系合金溶湯を鋳造後、冷間圧延して1000℃
以上の温度において焼鈍し、かつ少なくとも前記
焼鈍以前の段階においてN0.003〜0.2％を含有さ
せておき、これにより最終的にCr20〜31％、Co6
〜24％、Al0.05〜２％、N0.003〜0.2％を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物よりなる成分組
成の合金を得ることを特徴とするものである。また第２発明の製法は、第１発明で規定してい
る前記各成分元素のほか、さらにMo28％以下を
含有する成分組成の磁石合金を得るものである。さらに第３発明の製法は、第１発明で規定して
いる各成分元素のほか、さらに選択成分として、
Nb2％以下、V4％以下、Ti3％以下、Zr2％以下、
W4％以下のうちの１種または２種以上を含有す
る成分組成の磁石合金を得るものである。そしてまた第４発明の製法は、第１発明で規定
している各成分元素のほか、さらにMo28％以下
と、選択成分としてのNb2％以下、V4％以下、
Ti3％以下、Zr2％以下、W4％以下のうちの１種
または２種以上を含有する成分組成の磁石合金を
得るものである。以下この発明の製法につきより詳細に説明す
る。この発明で対象とするFe―Cr―Co合金は、 Cr 20〜31％ Co ６〜24％ Fe 残部を基本成分とするものであるが、必要に応じて
Feの一部を28％以下のMoで置換しても良く、さ
らには必要に応じて下記の元素の内から選択され
た１種または２種以上を含有しても良い。 Nb2％以下、V4％以下、Ti3％以下、 Zr2％以下、W4％以下。この発明においては、上述のような成分に対
し、さらにAl0.05〜２％、N0.003〜0.2％を添加
する。これらのAl、Ｎは後の高温焼鈍時におけ
る一次再結晶粒の成長を抑制するインヒビタとし
て作用するAlNを生成するためのものであるが、
Al0.05％未満、N0.003％未満では充分な量の
AlNを生成させることができず、したがつて高
温焼鈍時における一次再結晶粒の成長を抑制する
効果が得られないため（110）〔001〕方位の集合
組織が得られなくなる。またAlが２％を越えれ
ば、最終的に得られる磁石合金の残留磁束密度が
低下し、Ｎが0.2％を越えれば冷間圧延が困難と
なる。上述のAlおよびＮは、冷間圧延後の高温焼鈍
時に一次再結晶粒の成長に対するインヒビタ
（AlN）として作用して二次再結晶を促進するも
のであるから、基本的には高温焼鈍時以前に添加
されてAlNとして分散されていれば良いが、Al
は鋳造後に充分な量を拡散添加させることは困難
であるから、Fe―Cr―Co合金溶湯を溶製する際
に所定量を単独または母合金として添加しておけ
ば良い。一方Ｎは合金溶湯を溶製する際に大気中
で溶解してAlと結合させることにより添加して
も良く、あるいは溶解時にN₂を吹込んだり、さ
らには窒素化合物を合金溶湯に添加しても良い
が、Ｎは固相合金に対してもある程度拡散可能で
あるから、冷間圧延後にN₂雰囲気中で焼鈍した
り、二次再結晶のための高温焼鈍において昇温時
までN₂雰囲気を用いて昇温完了後にH₂雰囲気に
切換えたりすることによつて、冷間圧延後に外部
から拡散させてAlNを生成させても良い。もち
ろん溶湯中にＮを添加しておく方法と冷間圧延後
にＮを拡散させる方法とを併用しても良い。このような窒素添加手段の具体的な例として
は、次の(イ)〜(ホ)に示すような方法がある。 (イ) 合金溶製にあたつて窒化クロムをFe、Cr、
Coおよびその他の添加物が溶け落ちた後に添
加する。この場合、窒化クロム添加後に窒化ク
ロムが分解する際に、窒化クロム中の窒素の一
部は失われてしまうことが多いから、予めその
失われる量を予測して添加することが必要であ
る。またこの添加歩留りを向上させるために、
溶解炉内の圧力を不活性ガス（通常はヘリウム
もしくはアルゴン）によつて高めておくことも
有効である。 (ロ) 合金溶製にあたつて、溶解炉内に窒素ガスを
導入し、窒素を溶湯中に溶解させる。また窒素
の溶湯中への溶解を進行させるために、ランス
を用いて窒素ガスを吹込むことも有効である。 (ハ) 合金凝固後に高温に加熱した状態で窒素雰囲
気あるいはアンモニア等の含窒素雰囲気に曝露
することによつて、表面から窒素を固溶させ
る。但しこの場合は窒化層が表面のみに偏るこ
とを防ぐため、窒化処理工程後に均質化のため
の焼鈍を行なうことが望ましい。 (ニ) 合金凝固後に窒素を添加する方法として、一
般の鋼材の窒化処理方法として用いられている
方法、すなわち含窒素化合物であるNaCN、
KCN、NaCNO等を溶融させておき、その中
に浸漬させて表面に窒化層を生成させる方法も
用いることができる。この場合も前記(ハ)の場合
と同様に、均質化のための焼鈍を行なうことが
望ましい。またこの場合、窒化を促進するため
に塩化物等を添加することも有効である。 (ホ) 鋼材、特に完成もしくは半完成の金型に対し
て適用されているイオン窒化法を用いることも
有効である。前述のような必要成分が添加溶製された合金溶
は適宜の鋳造法により鋳造して鋳塊とし、その後
冷間圧延して高温焼鈍熱処理を施す。もちろん冷
間圧延前には鋳塊に対し熱間圧延や熱間鍛造を行
つて予め所定の厚みの板状材とすることが多い
が、これらの工程についてはここでは詳述しな
い。前記冷間圧延は、圧延率（加工率）が40％以
上となるまで行うことが望ましい。40％未満では
圧延後の焼鈍により再結晶組織の生成が充分に行
なわれず、したがつて磁気特性の改善が充分にな
されない。また、より完全な集合組織、すなわち
〔001〕軸の圧延方向への集積率が高い二次再結晶
組織を得るためには、冷間圧延および焼鈍を２回
以上繰返すことが望ましいが、場合によつては１
回のみでも良く、要は希望する磁気特性に応じた
集合組織の程度と製造コストとの兼ね合いで決定
すれば良い。圧延後の高温焼鈍熱処理は二次再結
晶を行なわせるためのものであり、その焼鈍温度
は1000℃以上が必要である。1000℃未満では一次
再結晶後の二次再結晶が円滑に行なわれない。な
お冷間圧延および焼鈍を２回以上繰返す場合、最
後の焼鈍処理において二次再結晶粒が生成されれ
ば良いから、最後の焼鈍処理の温度を前述の範囲
に設定すれば良く、それ以前の中間段階の焼鈍は
1000℃未満でも良い。また二次再結晶は、通常は
一次再結晶粒が生成されてからある潜伏期間を過
ぎた後に開始されるから、二次再結晶のための焼
鈍は0.25時間以上行うことが望ましく、また２時
間以上焼鈍してもそれ以上は工業的なメリツトが
ない。上述のような冷間圧延後の焼鈍時には、初期に
は一次再結晶が行なわれて微細な一次再結晶粒が
生成される。そしてその後の通常の一次再結晶粒
の成長が基地内に分散しているAlNにより抑制
され、ある潜伏期間の後、各結晶粒の内、圧延方
向に〔001〕軸が配向している結晶粒、すなわち
（110）〔001〕方位の結晶粒が急速に成長していわ
ゆる二次再結晶現象が生じる。したがつて二次再
結晶により（110）〔001〕方位の集合組織が得ら
れる。二次再結晶のための焼鈍後には、通常は組織の
一相化のため溶体化処理を行う。この溶体化処理
は1000℃〜1300℃程度から焼入れすれば良いが、
前述の二次再結晶により得られた集合組織を破壊
してランダムな方位の結晶を発生させたりあるい
は所望の方向から外れた方位の結晶の成長を防止
するためには、溶体化処理のための熱処理温度は
二次再結晶温度以下とすることが望ましい。そし
てまた、二次再結晶のための焼鈍直後の冷却過程
を利用して溶体化処理を行うこともでき、その場
合には二次再結晶のための焼鈍後に改めて溶体化
のみのために加熱する必要がなくなる。上述のように溶体化処理した後には、さらに良
好な磁気特性を得るため、通常は磁界中熱処理お
よび時効処理を行う。すなわち、従来から高Cr
のFe―Cr―Co磁石合金において提案されている
ように磁界中にて630℃〜700℃程度の恒温熱処理
を0.25〜４時間程度行ない、その後600℃前後で
0.5〜５時間程度時効処理を行う。このようにす
ればスピノーダル変態により非磁性相中に単磁区
状の強磁性相が分散析出し、しかもその単磁区状
強磁性相粒子が磁界方向に整列した状態となる。
ここで前述のように冷間圧延および二次再結晶の
ための焼鈍後には、圧延方向に磁化容易軸である
〔001〕軸が揃つた集合組織が得られている。した
がつてその合金にさらに磁界を圧延方向（〔001〕
軸方向）に加えながらの磁界中熱処理および時効
処理を行えば、前述のような集合組織であること
と磁界処理効果とが相俟つて、著しく高い配向率
で単磁区状強磁性相粒子が〔001〕軸方向に析出
されることになり、その結果著しく高い異方性磁
気特性を有する磁石合金が得られることとなる。以下にこの発明の実施例を記す。実施例１第１表に示す８種類の組成の合金（ただし第１
表備考欄中〇印は本発明の組成範囲内の合金、×
印は本発明の組成範囲を外れた合金である）を溶
解鋳造し、熱間鍛造により厚さ５mmの板材とした
後、1300℃から水冷して組織を一相化した。次い
で冷間圧延により厚みが0.5mmとなるまで圧延し
た。得られた薄板材を露点＋30℃の湿水素中にて
1050℃に加熱して脱炭処理を行ない、さらに1300
℃にて５時間焼鈍して二次再結晶を行なわせた
後、No.１―１〜No.２―２の各試料については1100
℃から、またNo.２―３、２―４の試料については
1000℃からそれぞれ冷水中に焼入れした。次いで
各合金についての最適の温度で磁場中恒温処理お
よび時効処理を行つた。その各合金に対する磁場
中恒温処理温度と時効処理温度とを第２表の左欄
に示す。磁場中恒温処理は各温度で３時間行な
い、時効処理は各温度で10時間行つた。得られた
各磁石合金の磁気特性を測定した結果を、第２表
の右欄に示す。第２表から、AlおよびＮを前述
の範囲内で加えた磁石合金は、AlおよびＮの添
加量が前記範囲外のものと比較して高い磁気特性
が得られていることが明らかである。

【表】

【表】実施例２第３表の試料番号３―１、３―２に示す合金成
分の溶湯を溶製し、鋳造後、実施例１と同じ条件
で処理して、磁石合金を製造した。ここで、窒素
の添加は、溶製時に窒化クロムを添加することに
よつて行なつた。なお二次再結晶焼鈍後の焼入れ
は1100℃から行ない、また磁場中恒温処理温度、
時効処理温度は第４表中に記載した通りである。実施例３第３表の試料番号４―１、４―２に示す合金成
分の溶湯を溶製し、鋳造後、実施例１と同じ条件
で処理して、磁石合金とした。ここで、窒素の添
加は、溶製時において窒素ガスを溶湯中にセラミ
ツク製ランスを介して吹込むことによつて行なつ
た。なお二次再結晶焼鈍後の焼入れは1100℃から
行ない、また磁場中恒温処理の温度、時効処理温
度は第４表中に示した通りである。実施例４ Fe―Cr―Co―Al合金を常法により溶製し、鋳
造後、圧延して厚さ0.5mmとし、次いでNaCl30
％、CuCl₂60％、CaCN₂10％の組成を有するソル
トバス中に入れて600℃で窒化処理を行なつた。
窒化処理終了後、さらに1000℃で10時間均一化処
理を行ない、次いで0.25mm厚まで冷間圧延し、さ
らに1200℃で30分間二次再結晶焼鈍を行ない、磁
場中恒温処理および時効処理を行なつた。このと
きの窒化処理後の成分組成は第３表の試料番号５
―１に示す通りである。また比較のため、窒化処
理は行なわずにその他の工程を上記と同様とした
試料の成分組成を第３表の試料番号５―２に示
す。さらに、上記工程のうち、窒化処理を0.5mm
厚の段階では行なわず、0.25mm厚の厚さまで冷間
圧延した段階で前記同様の窒化処理を行なつた試
料の成分組成を第３表の試料番号５―３に示す。以上の実施例２〜４で得られた各試料につい
て、磁気特性を調べた結果を第４表に示す。

【表】

【表】実施例５第５表の試料番号６〜10に示す成分組成の合金
を次ようにして溶製、鋳造した。すなわち、Al
およびＮの添加原料を除いた溶解原料を配合して
アルゴンガスを１気圧封入した高周波溶解炉で溶
解し、溶落後Al0.1％を投入し、３分後に窒化ク
ロムを投入し、完全に溶解してから鋳鉄製鋳型に
鋳込んだ。この鋳塊を３mmまで圧延してから、ア
ルゴンガス雰囲気中で1200℃×30分焼鈍し、二次
再結晶させた。その後、650℃で３時間磁場中恒
温処理し、さらに630℃で10時間時効処理を行な
つた。各合金について磁気特性を調べた結果を第
６表に示す。

【表】

【表】以上の説明で明らかなようにこの発明の製法に
よれば、磁化容易軸である〔001〕軸を圧延方向
に揃えた集合組織を有する異方性Fe―Cr―Co系
磁石合金を製造することができ、したがつて高い
磁気特性を有する異方性磁石材料を実際的に製造
することができる効果が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】１ Al0.05〜２％（重量％、以下同じ）を含有す
るFe―Cr―Co系合金溶湯を鋳造後、冷間圧延し
て1000℃以上の温度において焼鈍し、かつ少なく
とも前記焼鈍以前の段階においてN0.003〜0.2％
を含有させておき、これにより最終的にCr20〜
31％、Co6〜24％、Al0.05〜２％、N0.003〜0.2
％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よ
りなる成分組成の合金を得ることを特徴とする磁
石合金の製法。２ Al0.05〜２％を含有するFe―Cr―Co系合金
溶湯を鋳造後、冷間圧延して1000℃以上の温度に
おいて焼鈍し、かつ少なくとも前記焼鈍以前の段
階においてN0.003〜0.2％を含有させておき、こ
れにより最終的にCr20〜31％、Co6〜24％、
Mo28％以下、Al0.05〜２％、N0.003〜0.2％を含
有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
成分組成の合金を得ることを特徴とする磁石合金
の製法。３ Al0.05〜２％を含有するFe―Cr―Co系合金
溶湯を鋳造後、冷間圧延して1000℃以上の温度に
おいて焼鈍し、かつ少なくとも前記焼鈍以前の段
階においてN0.003〜0.2％を含有させておき、こ
れにより最終的にCr20〜31％、Co6〜24％、
Al0.05〜２％、N0.003〜0.2％を含有し、かつ
Nb2％以下、V4％以下、Ti3％以下、Zr2％以下、
W4％以下のうちの１種または２種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物よりなる成分組
成の合金を得ることを特徴とする磁石合金の製
法。４ Al0.05〜２％を含有するFe―Cr―Co系合金
溶湯を鋳造後、冷間圧延して1000℃以上の温度に
おいて焼鈍し、かつ少なくとも前記焼鈍以前の段
階においてN0.003〜0.2％を含有させておき、こ
れにより最終的にCr20〜31％、Co6〜24％、
Mo28％以下、Al0.05〜２％、N0.003〜0.2％を含
有し、かつNb2％以下、V4％以下、Ti3％以下、
Zr2％以下、W4％以下のうちの１種または２種
以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
よりなる成分組成の合金を得ることを特徴とする
磁石合金の製法。